数学における多項定理(たこうていり、)とは、多項和 (multinomial) の冪を展開した式を表すものである。二項定理において項数を一般化したものである。

定理の主張 多項公式 (multinomial formula) とは、正整数 , 非負整数 に対して、項和の任意の -冪を展開すると

となることを示すものである。ここで係数 は多項係数と呼ばれ、

となる。また、 は非負整数であり、総和は となるもの全てに亘って取る。従って、展開式の各項の次数は となる。また、 はここでは、二項定理の場合と同様に、( が零のときも含めて恒等的に) と定義している。 のとき、主張は二項定理である。

多重添字記法を用いると、定理の主張は

略記できる。ここに、 であって、 および に対して である。

例えば、 を展開すると、次のようになる:

証明 組合せ論的証明 二項定理の組合せ論的証明と同様に証明できる。

個の の積を一度に展開し切ることを考える。

一度に展開すると、それぞれの から の1つだけを取った文字 個の総乗の総和となる。

これらの積のうち、並び替えて になるものは、個の 、…、個の を並べる場合の数だけあるから、多項係数 、すなわち の係数は となる。

指数について帰納法 二項定理と同様に、指数 についての数学的帰納法で証明できる。

のとき、

より成り立つ。

ある について成り立つと仮定する。

より、

最後の等号は

が成り立つことを用いたが、これは右辺の階乗表示:

を通分すると左辺になることが示せる。

項数について帰納法 二項定理を既知とすると、項数 について数学的帰納法により証明できる。

まず のとき、 であり両辺は単項で に等しい。

次に、 に対して多項定理が成り立つと仮定する。

に帰納法の仮定を適用して

を得る。最後の等号は

が成り立つことを用いたが、これは例えば階乗による表示を用いれば

と示せる。

応用例 一般ライプニッツ則 3個以上の函数の積の高階導函数に対しても、一般のライプニッツの法則を適用することができる:

参考文献

関連項目 多項分布

外部リンク

mutinom.m function in Specfun (since 1.1.0) package of Octave-Forge for GNU Octave. SVN version